Grafen z Polski

Polacy przyczynili się do tegorocznego Nobla z fizyki.

Andre Geim i Konstantin Novoselov - nagrodzeni w tym roku Noblem z fizyki za prace nad grafenem, w swoim laboratorium w Manchesterze korzystali także z materiału polskiej produkcji. Polska metoda uzyskiwania grafenu już czeka na opatentowanie.

- Profesorowie Geim i Novoselow dostali Nobla za wytworzenie grafenu zwanego freestanding, czyli niedużego płatka, który można było zobaczyć pod mikroskopem, zmierzyć i odkryć jego fantastyczne właściwości. Płatki te są jednak wytwarzane metodą odrywania od bloczku grafitowego za pomocą taśmy klejącej, a ich powierzchnia nie przekracza dwóch tysięcznych milimetra kwadratowego, dlatego nie bardzo się nadają na produkcję przemysłową w mikroelektronice - tłumaczy dr inż. Włodzimierz Strupiński z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME).

W dalszych pracach poznawczych przyszli nobliści szukali więc współpracowników, którzy opanowali bardziej zaawansowane metody produkcji. To właśnie inżynierowie z ITME przy wsparciu Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego od 2007 r. doskonalą technologię wytwarzania grafenu dla zastosowań praktycznych, czyli grafenu epitaksjalnego osadzanego na węgliku krzemu.

Na czym polega wyjątkowość polskiej metody, którą już zgłoszono do opatentowania? Jak tłumaczy jej twórca dr inż. Strupiński, jest to modyfikacja nurtu rozwijanego w Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA. Tamtejsi uczeni opatentowali również w 2004 sposób wytwarzania grafenu nie poprzez odrywanie, a poprzez wytworzenie warstewki węgla na powierzchni węglika krzemu. W wyniku wygrzewania w wysokiej temperaturze krzem odparowuje z powierzchni, gdzie tworzy się cieniutka warstewka węgla - grafen.

Polacy zmodyfikowali metodę amerykańską, z użyciem węglika krzemu, poprzez wykorzystanie typowych urządzeń do wytwarzania epitaksjalnych struktur półprzewodnikowych. Patent Amerykanów obejmuje natomiast bardzo specjalistyczne urządzenia, które - zdaniem Strupińskiego - ciężko wykonać i wykorzystywać w warunkach przemysłowych.

-Na razie jesteśmy jedyni i jak dobrze pójdzie - w co gorąco wierzę - to może być przełom w zastosowaniu na większą skalę produkcji grafenu. Polska metoda jest dużo bardziej użyteczna, elastyczna i powinna się lepiej sprawdzać w przemyśle - przewiduje współpracownik noblistów.

Współpraca Strupińskiego z prof. Geimem zaowocowała interesującymi eksperymentami. Nobliści rozwijali pomysł chemicznego oddziaływania na własności grafenu, uzyskując z materiału przewodzącego - dielektryk, wykorzystując obok płatków grafenu także próbki polskiej produkcji.

Projekt zakończył się publikacją, która niedługo ukaże się w czasopiśmie naukowym "Nature Materials". Jej współautorem, obok laureatów Nagrody Nobla, jest właśnie dr Strupiński i zespół badaczy z Manchesteru.

Strupiński zapowiada, że jeśli uda się uzyskać z ministerstwa nauki i szkolnictwa wyższego środki na sfinansowanie szerokiej procedury patentowej, ochrona polskiego wynalazku obejmie Unię Europejską, Stany Zjednoczone, Japonię i Daleką Azję. Naukowiec podkreśla, że przy technologii bezpośrednio współpracuje z prof. Jackiem Baranowskim z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (WF UW) i pracownikiem ITME.

Wkład w odkrycie ma też m.in. prof. Roman Stępniewski, prodziekan Wydziału UW prof. Andrzej Wysmołek, który zainteresował Strupińskiego grafenem, prof. Andrzej Witowski zajmujący się pomiarami magnetooptycznymi, dr Aneta Drabińska charakteryzująca materiał, dr Rafał Bożek odpowiedzialny za pomiary mikroskopowe oraz prof. Marek Potemski pracujący w Grenoble, z którym polski zespół ściśle współpracuje w dziedzinie pomiarów. Prof. Jerzy Krupka z Politechniki Warszawskiej opracował zaś innowacyjną metodę pomiarów własności elektrycznych grafenu, opublikowaną w 2010 r.

(ki)